2.5. Архитектурные особенности микропроцессора к1810вм86

БИС К1810ВМ86 представляет собой однокристальный высокопроизводительный 16-разрядный микропроцессор, выполненный на усовершенствованной n-канальной МОП-технологии со средним временем задержки распространения сигналов на вентиль 2нс и высокой функциональной плотностью (29 тыс. транзисторов на кристалл).

Основными архитектурными особенностями микросхемы К1810ВМ86, отличающими ее от микросхемы КР580ИК80А и позволяющими больше чем на порядок повысить производительность систем, является:

1. Более мощная система команд с расширенными возможностями адресации памяти, включающими команды умножения, деления и обработки последовательных байтов или слов;

2. Аппаратная реализация процесса совмещения операций выполнения и выборки команд;

3. Более гибкая и мощная организация системы прерывания;

4. Аппаратная реализация некоторых механизмов взаимодействия нескольких процессоров, упрощающая построение сложных мультипроцессорных систем;

Основные системные характеристики микропроцессора:

В микропроцессоре ВМ86 применены новые архитектурные решения, к которым, в частности, относится разделение функций сопряжения с шиной выполнения команд. В соответствии с этим структуру микропроцессора (рис.2.8.а) можно условно разделить на 2 части: блок сопряжения с шиной (БСШ) и исполнительный блок (ИБ). БСШ обеспечивает функции, связанные с выборкой операндов и кодов команд из памяти, запоминанием операндов, установлением очередности команд, а также формированием адресов операндов и команд. ИБ получает команды из очереди команд и указывает адрес операнда для БСШ.

	15 8	7 0	а)
АХ	AH	AL	Аккумулятор
ВХ	BH	BL	База
CX	CH	CL	Счетчик
DX	DH	DL	Данные
	SP		Указат. Стека
	BP		Указат. Базы
	SI		Индекс источника
	DI		Индекс места назначения
	CS		Программный сегмент
	DS		Сегмент данных
	SS		Стековый сегмент
	ES		Дополнит. Сегмент

б)

Рис.2.8. Схема МП К1810ВМ86 и его регистры

Операнды из памяти поступают через БСШ на обработку в ИБ, который выполняет предписанные операции и возвращает результаты в память через БСШ. Важным достоинством ВМ86 является то, что БСШ и ИБ работают параллельно, причем БСШ обеспечивает извлечение кодов заблаговременно, в то время как ИБ выполняет текущую команду. Это повышает пропускную способность мультиплексированной шины адреса/данных (ША/Д) и увеличивает быстродействие МП.

В МП МВ86 имеется четырнадцать 16-разрядных регистров (вместо семи 8-разрядных регистров в ВМ80), которые по своему назначению можно разделить на 3 группы (рис. 2.8.б). Регистры АХ, ВХ, СХ, DX образуют группу регистров общего назначения (РОН). Эти регистры могут без ограничений участвовать в выполнении арифметико-логических операций. Некоторые другие операции, например операции над цепочками байтов и слов, предписывают регистрам данной группы специальное использование (рис. 2.8.б). В отличии от регистров других групп, РОН обладает свойствами раздельной адресации старших и младших байтов. Поэтому РОН можно рассматривать как совокупность двух наборов 8 -разрядных регистров, набора Н и набора L. Регистры всех других групп являются неделимыми и оперируют 16-разрядными словами.

Регистры SP, BP, SI, DI образуют группу указательных и индексных регистров, назначение которых заключается в том, что они содержат значения смещений, используемых для адресации в пределах текущего сегмента памяти.

Регистры CS, DS, SS, ES, образующие группу сегментных регистров, играют важную роль во всех действиях ЦП, связанных с адресацией памяти.

Кроме перечисленных регистров имеются два 16-разрядных регистра: IP – указатель команд, F – регистр флагов. В регистре IP формируется относительный (относительно CS) адрес команды, подлежащей исполнению. В регистре F (рис. 2.9) используются следующие 9 разрядов:

Рис. 2.9. Структура регистра флагов

CF – перенос

PF – четность

AF – вспомогательный перенос

ZF – нулевой результат

SF – знак

TF – пошаговый режим

IF – разрешение прерывания

DF – направление

OF – переполнение

Флаги AF, CF, PF, SF, ZF эквивалентны соответствующим флагам ВМ80, что обеспечивает совместимость ВМ86 и ВМ80.

Основные операции по обработке данных выполняются в АЛУ, с которым связана схема коррекции результатов (СКР), используемая при работе с данными, предоставляемыми в двоично-десятичных кодах.

Связь внутренних узлов МП с шиной ША/Д осуществляется через буфер шины (БШ), состоящий из двунаправленных усилителей с тремя устойчивыми выходными состояниями.

Усовершенствования архитектуры ВМ86 связано также с введением в структуру микропроцессора специального сумматора (СМ) для вычисления адресов памяти.

Разрядность ША МП – 20. Однако для упрощения операций хранения и пересылки адресной информации процессор манипулирует 16-разрядными логическими адресами, к которым относятся начальные (базовые) адреса сегментов памяти и значения смещения в этих сегментах. Содержание каждого сегментного регистра рассматривается как 16 старших разрядов А19-А4 начального адреса соответствующего сегмента. Младшие разряды А3-А0 этого адреса определяют соответствующий сегмент. Наибольшая емкость памяти, отводимая под один сегмент, определяется максимальным значением 16-разрядного смещения и составляет 64К. В несложных схемах емкостью 64Кможно отказаться от сегментации памяти и установить все сегментные регистры в нулевые состояния. При этом 16-разрядный адрес смещения будет фактически абсолютным адресом и в этом отношении система эквивалентна построенной на основе ВМ80.